REDES

“En la mente del principiante hay muchas posibilidades; en la mente

del experto hay pocas.”

Componentes físicos de una red

• Las redes se construyen con dos tipos de elementos de hardware: nodos y enlaces.

• Los nodos: generalmente son computadores de propósito general (aunque los routers y switches utilizan hardware especial, los diferencia lo que hace el software).

• Los enlaces: se implementan en diversos medios físicos: par trenzado, coaxial, fibra óptica y el espacio (enlaces inalámbricos).

Un nodo (una aproximaxión)

CPU

Cache

Memoria

Adaptadorde

Red

La memoria NO es infinitaEs un recurso escaso

Todos los nodos se conectan a lared a través de un adaptador de

red. Este adaptador tiene unsoftware (device driver) que lo

administra

La velocidad de la CPUse dobla cada 18 meses,

pero la latencia de lamemoria se mejora sólo

un 7% cada año

En una primera aproximación un nodofunciona con la rapidez de la memoria

no con la rapidez del procesador.¡el software de red debe cuidar

cuántas veces accede la informaciónpuesta en la RAM!

El adaptador de red

Network Adapter Card ó Network Interface Card (NIC)

El adaptador de red

• Tarjeta de expansión que se instala en un computador para que éste se pueda conectar a una red.– Proporciona una conexión dedicada a la red– Debe estar diseñada para transmitir en la

tecnología que utilice la LAN (Ethernet), debe tener el adaptador correcto para el medio (conector RJ45) y el tipo de bus del slot donde será conectada (PCI).

Tarjetas 10Base ó 100BaseTX

• Cada tarjeta 10BaseT, o 100BaseTX (ó 10/100) está identificada con 12 dígitos hexadecimales (conocida como MAC address)

• Esta dirección es utilizada por la capa 2 (capa de enlace de datos: DLL) del modelo OSI para identificar el nodo destino y origen de los datos

02:60:8c:e8:52:ec

Fabricantede la tarjeta

Componentes del adaptador de red

• El adaptador de red sirve como interface entre el nodo y la red, por esto puede pensarse que tiene dos componentes:– Una interface al BUS del computador que sabe como

comunicarse con el host.– Una interface al enlace (cable o antena) que habla de

manera correcta el protocolo de la red.

• Debe existir una forma de comunicación entre estos dos componentes para que puedan pasar los datos que entran y salen del adaptador.

Componentes del adaptador de red

CPU

Cache

MemoriaRAM

Adaptador de Red

Interfaceal BUS

Interfaceal Enlace

BUS E/Sdel nodo

Enlacede laRED

Sabe cómo hablar con la CPU,recibe las interrupciones del nodo y

escribe o lee en la RAM

Sabe utilizar el protocolo de nivelde enlace (capa 2, modelo OSI)

Buffers para intercambio de datos

El “driver” de la tarjeta• La tarjeta de red requiere de un driver en

software para poder comunicarse con el sistema operativo. Provee las siguientes funciones:– Rutina de inicialización de la tarjeta– Rutina de servicios de interrupción– Procedimientos para transmitir y recibir frames

de datos– Procedimientos para el manejo de status,

configuración y control de la tarjeta

Dispositivos de redes de comunicación de datos

• Equipos de transmisión y concentración para redes WAN– Modems, MUXs (multiplexers), PADs (Packet

Assembler/Disassembler), FRADs (Frame Relay Access Device), Front-ed processors, unidades de control, conversores de protocolo

• Dispositivos de interneworking (LAN)– Hubs, bridges, switches, Routers, gateways, access servers.

• Dispositivos especializados– Compresores de datos, sistemas de transmisión de fibra óptica,

dispositivos de seguridad (firewalls).

Transceiver

• Es una combinación de transmisor y receptor en la misma caja

• El término aplica a dispositivos de comunicaciones inalámbricos (como un teléfono celular)

• Ocasionalmente el término es utilizado para refererirse a un dispositivo transmisor receptor en sistemas de cable o fibra óptica

Tarjeta de red y transceiver

Computador(DTE)

con InterfaceEthernet

MediumAttachment

Unit(MAU)

MediumDependentInterface

(MDI)

MedioFísico

Attachment UnitInterface (AUI)

Conector de15 pines

Dispositivo conMAU externo

Dispositivo con MAU interno.AUI no expuesto

Transmite señales al medioy recibe señales del medio

Equipos de interconexión de Red

Equipos de interconexión de red

Equipos de interconexión LAN– Repetidores– Switches (bridges)– Routers– Gateways

• Se pueden diferenciar por la capa del modelo OSI donde realizan la interconexión entre redes de área local

¿Qué hace un repetidor?• El repetidor es el responsable de

– Amplificar la señal para asegurar que la amplitud sea la correcta

– Asegurar la fase de la señal (jitter)– Repetir las señales de un segmento a los otros

segmentos conectados al repetidor– Quita el preámbulo del frame que llega y lo

regenera en el que envía (8 bytes: 1010...1011)– Extiende frames de menos de 32 bits a 96 bits

Repetidor

Nodo A Nodo BEl repetidor conecta redes de área local en la CAPA 1 (física) del modelo de referencia OSI

Concentrador 10BaseT (Hub)

• El concentrador 10BaseT es un repetidor.– Dos nodos no pueden comunicarse atravesando

más de 4 hubs (regla 5-4-3).– Máximo 100 mts de longitud de segmento (peor

caso de atenuación: 11.5 dB).– Generalmente tienen un LED para mostrar el

enlace (link).

Conexiones entre Hubs

Númerodel Hilo

12345678

Señal queTransporta

T+T-R+

No usadoNo usado

R-No usadoNo usado

Hub 1

Hub 2

Cable Cruzado

T+ X R+ (1 con 3)T- X R- (2 con 6)

R+ X T+ (3 con 1)R- X T- (6 con 2)

Sólo a un hub debehabilitársele el MDI-X

x

Regla 5-4-3Hub 1

Hub 2 Hub 3 Hub 4

Hub 5 Hub 6

Nodo A

Nodo B

1

2

34

5

Conexión en fibra óptica

Ethernet Interface

Hub de fibra óptica10Base-FL

(Transceivers internos)

Cable AUI

Conector AUI de 15 pines

Segmento de fibra10Base-FL

(Máximo 2000 mts)

Transceiver10Base-FL(FOMAU)

TX

R

X

TX RX

Switches (bridges)

Universidad Nacional de Colombia - 1999

Nodo A Nodo BEl switch/bridge conecta segmentos físicos de red de área local en la capa 2para formar una red más grande

Tipos de switches• Cut-through: Alta velocidad, puede re-enviar frames malos• Store-and-forward: Revisa el frame antes de enviarlo• FramengFree (Cut-Through modificado): Antes de enviar,

espera que lleguen 64 bytes• ATM (Asynchronous Transfer Mode): transfiere celdas

fijas, soportan voz, video y datos.• LAN: Interconecta múltiples segmentos LAN, separa

dominios de colisión.• Switches nivel 3

¿Qué hace un switch (bridge)?• Los bridges y switches:

– Analizan los frames que llegan, de acuerdo a la información que traiga el frame toman la decisión de cómo re-enviarlo (generalmente la MAC address) y envían el frame a su destino

– No analizan la información de las capas superiores (pueden pasar rápidamente el tráfico de diferentes protocolos), pero pueden filtrar.

– Extienden la red (más distancia) y separan dominios de colisión.

Tipos de bridges• Locales: conectan redes en la misma área• Remotos: conectan redes en diferentes áreas

y generalmente utilizan enlaces de telecomunicaciones

• MAC-Layer Bridges: interconectan redes homogéneas (802.3 con 802.3)

• Mixed-Media Bridge: traduce entre diferentes protocolos de la capa 2 (802.3 con 802.5)

Diferencias entre switch y bridge– Los switches son más rápidos porque conmutan

en hardware, los bridges conmutan en software.– Los switches pueden soportar altas densidades

de puertos– Algunos switches soportan conmutación cut-

through que reduce los retardos de la red, en tanto que los bridges sólo soportan conmutación del tráfico store-and-forward.

– Los switches proporcionan ancho de banda dedicado a cada segmento de red (menos colisiones)

¿Qué hace un enrutador?

• El enrutador– Conecta al menos dos redes y decide de que

manera envíar cada paquete de información basado en el conocimiento del estado de las redes que interconecta y la dirección lógica.

– Crea y/o mantiene una tabla de rutas disponibles junto con sus condiciones para determinar la mejor ruta para que un paquete alcance su destino

Enrutadores

Universidad Nacional de Colombia - 1999

Nodo A Nodo BEl enrutador conecta redes lógicamente (capa 3). Determina la siguiente red para envíar un paquete a sudestino final.

Otras actividades del enrutador

– Puede filtrar paquetes por dirección lógica, número de protocolo y número de puerto

– Separa dominios de broadcast (subredes, VLAN’s,)

– Interconecta redes WAN y LAN

¿Qué es un gateway?

• Un gateway es un punto de red que actua como entrada a otra red. Está en varios contextos.– Nodos Host (clientes ó servidores) vs. Nodos

gateway (routers: controla tráfico)

• Los proxy server, los firewall y los servicios que permiten pasar correo de un sistema a otro (Internet -> Compuserve) son gateways en el sentido definido aquí.

Gateways

Nodo A Nodo B

El gateway mueve datos entre protocolos (capa 4 a la 7)

Enlaces inalámbricos

LAN inalámbricas

LAN inalámbricas

• Las LAN inalámbricas se pueden clasificar de acuerdo con la técnica de transmisión utilizada:– LAN de infrarrojos (IR)– LAN de spread spectrum– LAN de microondas de banda estrecha

Elementos de una LAN inalámbrica

• Puede utilizar puntos de acceso (APs)• Alcance de 150 m a 300 m• Debe soportar roaming• Para ampliar el alcance se utilizan puntos de

extensión (EPs)• Ejemplos: 802.11 es un estándar para USA,

HiperLAN es un estándar para Europa.

Infrarrojos

• Este sistema utiliza portadoras infrarrojas de baja frecuencia

• No requiere licencia de uso• El alcance es muy reducido (hasta 200 m)• WPAN: wireless personal area network: para interconectar

periféricos (BlueTooth) 1 Mbps y 2 Mbps e un diámetro de 10 metros.

• Requiere línea de vista, pero para infrarrojo difuso se utilizan reflexiones

Spread Spectrum

• Se emplea para contrarrestar las interferencias en las comunicaciones esparciendo la señal sobre determinadas bandas de frecuencia

• Aprovecha la difracción• Existen dos técnicas:

– Secuencia directa (Hasta 8 Mbps)– Frecuency Hopping (hasta 2Mbps)

Microondas de banda estrecha

• Requiere licencia administrativa• La propagación es localizada• El ancho de banda puede llegar hasta los 15

Mbps• Requiere línea de vista directa• La distancia entre antenas es de 100 Km

Referencias• Held, Gilbert. “Data Comunications Netwprking Devices”, John Wiley

& Sons. 1998• Stallings, William. “Comunicaciones y Redes de Computadores”.

Prentice Hall. 2000• Dodd, Anable. “The Essential Guide to Telecommunications”. Prentice

Hall. 2002.• Peterson, Larry; Davie, Bruce. “Computer Netrworks”. Morgan

Kaufmann Publishers. 2000• http://www.webexpert.net/vasilios/telecom/telecom.htm• http://www.telezoo.com• http://www.wow-com.com/• http://www.anixter.com• Shepard, Steven. “Telecom Crash Course”, McGraw-Hill, 2002• http://www.cisco.com